Стихийные бедствия геологческого и метеологического характера

Когда цунами достигает мелководья у островов или на шель­фе, скорость резко уменьшается. Одновременно во много раз возрастает амплитуда волны, доходя иногда до 25 м. Фронт волны искривляется, так как на мелких участках волна дви­жется медленнее, чем на глубоких. Как и в случае световых волн, такая рефракция может повернуть фронт волны и привести к тому, что цунами огибают мысы и выступы берега и попадают в бухты, защищенные от других волн. Конфигурация некото­рых прибрежных районов океана такова, что там образуется так называемая волновая ловушка, где энергия широкого фрон­та волны фокусируется на небольшом участке, или, отражаясь от берега, концентрируется на каком-нибудь определенном уча­стке. Пример такой ловушки — район Хило, остров Гавайи (см. фото 3.1).

С приближением цунами уровень  моря вдоль побережья мо­жет вначале несколько понизиться, при этом из воды выступают рифы и обнажается подводная часть пляжа, на которой остает­ся много рыбы. Между отдельными сериями волн цунами могут быть про­межутки длительностью от нескольких минут до часа и больше. Высота подъема воды и расстояние, на которое она отступает, значительно меняются вдоль побережья от места к месту в зави­симости от глубины и от других факторов, и после отступления первой волны люди не должны думать, что опасность уже мино­вала. При цунами, обрушившемся на остров Гавайи в 1946 г., наибольший ущерб причинила восьмая по счету волна.

Главная атака цунами иногда оказывается направленной на какой-нибудь залив или на устье реки, где  образуется так на­зываемый бор (водяная стена при высоком приливе), и этот сокрушительный вал может причинить большой ущерб, как это было в 1957 г. в Хило. Надо сказать, что боры могут возникать в закрытых акваториях, таких, как устья рек, и в результате случайного усиления обычной океанской приливной волны. При­мером служит знаменитый бор в заливе Фанди [юго-восточное побережье Канады; высота приливной волны там часто бывает более 20 м. — Перев.].

Хотя проблема опасности, связанной с цунами, относится  преимущественно к Тихоокеанскому побережью, известно, что цунами иногда причиняют ущерб и в других океанах (особенно в Атлантическом  и Индийском) и во многих морях. Даже не­большого размера цунами могут вызвать гибель людей. Напри­мер, при эксплозивном извержении вулкана Тааль (Филиппины, юго-западная часть острова Лусон) в сентябре 1965 г. возникла небольшая волна цунами на озере Тааль. Волны опрокинули лодки, в которых спасались жители, бежавшие с центрального острова; люди утонули, и эти новые жертвы прибавились к по­гибшим от этих же волн на побережье (у берегов озера вы­сота волн превысила 4,7 м) — всего погибло не менее 50 че­ловек.

3.1. Крупные волны и сейши на озерах и водохранилищах.

Волны большой высоты могут  возникать при обвалах скальных пород м оползаниях почвенного слоя в водохранилища или озера. Та­кие лавины могут быть спонтанными — например, оползень, ко­торый выплеснул воду из водохранилища через плотину Вайонт (см. гл. 4) в Италии и вызвал гибель многих людей в нижней части долины, —а могут быть результатом значительных землетрясений: естественных или искусственных (например, круп­ных взрывов).

Геологическая опасность  такого рода проявляется редко, но ее нельзя упускать из виду, заботясь о  безопасности возрастаю­щего населения в районах проектируемых национальных парков и охраняемых водных ландшафтов (марин) вокруг озер, зали­вов и водохранилищ.

Сейши обычно образуются в результате необычно высоких приливов, сильных ветров и течений, но при определенных об­стоятельствах возникают и в результате сейсмических коле­баний грунта. Землетрясения раскачивают воду и производят сейши, которые могут оказаться разрушительными для берего­вых сооружений, а проникнув далеко на сушу, могут повредить водохранилища и резервуары сточных вод.

Известно, что при крупном  землетрясении сейши в озерах, гаванях и реках могут вызываться медленными ритмичными движениями земной коры на большом расстоянии  от  очага.

3.2. Цунами, вызываемые землетрясениями.

Вследствие того что вокруг Тихого океана происходят сильные землетрясения, в во­дах этого океана особенно часто  возникают сейсмические мор­ские волны. Они вызываются, вероятно, подвижками по паде­нию разрывов (фиг. 1.7) независимо от того, происходят ли та­кие подвижки в зонах субдукции у островных дуг (например, у Алеутских островов) или на срединно-океанических хребтах (на­пример, в Атлантическом океане между Азорскими островами и Гибралтаром). Так, обширные исследования японских ученых показали, что вокруг японского побережья фокальные меха­низмы землетрясений, производящих цунами (так называемых цунамигенных землетрясений), обычно представляют собой сме­шение по падению разрывов (сбросов или взбросов), и наобо­рот— сдвиговые смещения почти никогда не сопровождаются цунами. В согласии с этим выводом, при сильнейшем Сан-Фран-цисском землетрясении 1906 г. цунами не было, хотя горизон­тальное смещение по разлому Сан-Андреас, проходящему час­тично под морем, достигало 6 м.

Когда океанское дно смещается  вертикально, это действует на воду, как гребок весла. Все глубоководные  желоба у бере­гов Южной Америки, Японии и вдоль Алеутских островов об­ращены к центру Тихого океана, что и определяет направлен­ный характер многих цунами, возникающих в этих сейсмичных областях. Даже при беглом взгляде на глобус видно, что Га­вайские острова располагаются почти точно на больших кру­гах, тангенциально к направлению на эти генерирующие земле­трясения области (фиг. 3.1), в чем и состоит главная причина подверженности Гавайских островов опасности цунами.

Энергия цунами обычно составляет от 1 до 10% энергии вы­зывающих их землетрясений; энергия самых крупных цунами достигает примерно 1023 эрг.

3.3. Описание отдельных  цунами

Чилийское цунами 22 мая 1960 г.

Землетрясение и цунами были следствием подвижки по плоскости регионального  надвига, проходящей под Андами и  пересекающей дно океана в районе центрального Чили под Южно-Американским (Чилийским) же­лобом. Волна цунами распространилась по всему Тихому океану, пересекла его и обрушилась на побережье Японии приблизи­тельно через 22 часа после землетрясения, причинив во многих местах значительный ущерб. (Картина распространения этого цунами показана на фиг. 3.1.)

При этом землетрясении на громадной площади произошли  изменения высот, которые захватили  побережье Чили между 38° и 43° ю. ш. На краях зоны разрыва у островов Моча и Гуафо наблюдалось поднятие на 1—2 м, тогда как в районах городов Корраль  и Маульин   (в средней части площади) произошло опускание примерно на 2 м. Цунами обрушилось на этот берег через 15 минут после землетрясения тремя волнами, которые причинили большой ущерб, вызвав наводнения, особен­но в городах Сааведра, Меуин, Корраль, Маульин и Анкуд. Ко­личество погибших оценивалось числом 909, без вести пропало 834 человека; гибель многих из них была связана с волнами цу­нами. Когда цунами достигло побережья Японии, оно причинило много вреда и там: около 120 человек погибло, тысячи домов были смыты в море, многие сотни судов были разбиты или за­тонули.

Начиная с 1952 г. Япония имеет  систему предупреждения о цунами, подчиненную Японскому метеорологическому агентству. Она предназначена для  информации о возникающих при  мест­ных землетрясениях цунами и использует данные специальных станций, расположенных на разных японских островах и осна­щенных сейсмографами и мареографами. Цель создания этой системы — оповещение по крайней мере за 30 минут до прихода головной волны цунами. Однако эта система не была рассчита­на на то, чтобы объявлять тревогу, связанную с цунами, возни­кающим при землетрясениях в отдаленных районах. Поэтому после катастрофы, связанной с чилийским цунами, японское агентство стало энергично сотрудничать с Тихоокеанской систе­мой предупреждения, с тем чтобы в дальнейшем избежать жертв при цунамигенных землетрясениях.

4. Оползни

Оползни, проседание грунта и лавины постоянно и во многих местах мешают деятельности человека. Масштаб этих явлений имеет диапазон от обрушения отдельных глыб размером в не­сколько метров, что причиняет  только незначительные неудоб­ства, до возникающих изредка гигантских оползней или лавин, площади действия которых измеряются километрами, что уже затрагивает очень многих людей. Поскольку при всех масшта­бах таких явлений важную роль играют одни и те же свойства почвенного слоя, коренных пород или снега, все эти явления описаны здесь в одной главе, причем главное внимание уделено оползням.

Оползни происходят на склонах, сложенных различным материалом; они имеют различный механизм и возникают в ре­зультате нескольких причин. С ними могут быть связаны серь­езные разрушения городов и поселков, коммуникаций и круп­ных сооружений, в том числе плотин и мостов (фото 4.1). Ввиду разнообразия материала оползней, их механизма и скорости развития задача систематизации различных особенностей движе­ния грунта открывает широкое поле деятельности для исследо­вателя, склонного к такой работе. Неудивительно поэтому, что разработано много классификаций оползней. Ниже рассмотре­ны некоторые наиболее важные аспекты этих классификаций.

4.1. Описания некоторых  оползней

Усой, Памир, 1911 г. Самый крупный  в XX в. оползень прои­зошел у селения Усой в горах Памира в 1911 г. Этот оползень имеет интересную историю. Одновременно с оползнем было от­мечено землетрясение, но в результате отдаленности и редкой населенности этого района правительство России получило из­вестие о землетрясении только через две недели после него, а сведения об оползне поступили спустя еще два месяца. В те­чение двух с половиной лет район оползня не обследовался, и только в 1913 г. его посетили и описали участники одной воен­ной экспедиции. В то время происхождение землетрясений было еще предметом дискуссий между сейсмологами, и когда появи­лись сведения о землетрясении и об оползне, некоторые сейсмо­логи сделали вывод, что эти явления были одновременными и что именно срыв оползня вызвал удар, от которого распростра­нились волны, записанные как землетрясение. Точное время обоих этих событий было, конечно, неизвестно.

Позднее, в 1915 г., для исследования оползня была органи­зована сейсмологическая экспедиция; она привезла отчет, в  ко­тором были приведены материалы о размерах и объеме этого оползня. Объем был оценен в 2,5 млрд. м3, т. е. 2,5 км3. Экспе­диция провела съемку района оползня достаточно детально, так что было установлено первоначальное и конечное положение оползневой массы. Таким образом, можно было лучше оценить энергию, высвободившуюся при развитии оползня, хотя коэффи­циент ее превращения в упругие волны был, вероятно, невелик. Энергия этого оползня, хотя и очень большая, была существен­но меньше, чем энергия, выделившаяся при землетрясении. Этот памирский оползень, состоявший из глины и раздробленной скальной породы, накрыл селение Усой с его 54 жителями, за­валил долину и запрудил реку Мургаб, в результате чего обра­зовалось большое озеро. Уровень озера поднимался, и в конце концов было затоплено еще одно селение — Сарез. Формирова­ние нового, Сарезского, озера завершилось, когда вода проре­зала в оползневой массе новое русло и приток воды сравнялся со стоком. Как сообщила первая военная экспедиция, высота оползневой плотины была 301 м, максимальная глубина озера 284 м, а его длина 53 км. Для сравнения: проектная высота ис­кусственной земляной плотины Нурекской ГЭС в СССР — 310 м, а объем этой плотины 58 млн. м3.

Хотя авторы не имеют никаких  данных о свойствах материа­ла этого оползня, представляется, что оползень произошел в хрупких коренных породах на склоне находившемся на грани неустойчивости. Сейсмические колебания послужили толчком, который привел эту массу в движение поскольку оползень про­изошел, по всей видимости, в скальные поподах. едва, ли воз­никновение порового давления при землетрясении было здесь важным фактором. Магнитуда землетрясения (по Рихтеру) оце­нивается величиной около 7,0'. Явления, подобные памирскому оползню, часто сопровождают землетрясения, но, к счастью, они редко бывают такого масштаба. Такого же типа оползень воз­ник в каньоне реки Мадисон (штат Монтана) во время земле­трясения в августе 1959 г. Этот оползень, объемом около 27 млн. м3, также запрудил долину и создал позади себя озеро. Оползень спустился на туристский лагерь, при этом погибло при­мерно 26 человек. Это произошло в изгибе каньона, где крутиз­на бортов, пропиленных рекой Мадисон, доходит до 45°. Борта каньона сложены сильно трещиноватыми и измененными мета­морфическими породами.

Ввиду того что подъем уровня озера угрожал другим пост­ройкам, подразделение инженерных войск  ускоренным темпом проложило через  оползневую массу канал, чтобы дать возмож­ность воде вытекать из озера  и тем самым предотвратить  даль­нейший ущерб. Канал удалось  прорыть вовремя, и это позволи­ло управлять спуском озера. В обоих описанных случаях, на Па­мире и в Монтане, оползень оказался в U-образной долине и загородил ее, остановившись в виде цельного блока. Расстояние, пройденное этими массами глины и камня, было невелико. В других местах отмечены оползни иного типа, имевшие такой же спусковой механизм; они описаны ниже.

5. Снежные лавины

Летописи горных восхождений  содержат много описаний внезапной  гибели людей от снежных лавин. По этой причине начиная с прошлого столетия, особенно в альпийских странах, постоянно изучается лавинная опасность.

Во многих отношениях лавины, возникающие в снежном покрове, напоминают определенные виды оползней, но имеются и существенные различия. Как материал, снег можно охаракте­ризовать теми же механическими свойствами, что и грунт: сцеп­лением, углом внутреннего трения и плотностью, связанными между собой сложной зависимостью. Когда снег выпадает на наклонную поверхность и скапливается на ней, то условия, от которых зависит, возникнет лавина или нет, подобны тем, кото­рые создаются в случае оползания тонкого слоя грунта на длин­ном склоне. Иными словами, снег будет оставаться на ме­сте, если его сопротивление сдвигу на всех глубинах будет превышать касательные напряжения, развивающиеся под дей­ствием тяжести снега и в результате наклона поверхности. Если же прочность на сдвиг окажется меньше составляющей веса, направленной параллельно склону, то возникает лавина.